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Impresión artística de una nave viajando a traves de un agujero de gusano. Foto: NASA.

Si
pudiésemos viajar en automóvil a la estrella más cercana, que está a
poco más de cuatro años luz, tardaríamos millones de años. Incluso
viajando a la máxima velocidad alcanzada hasta la fecha por una nave
espacial como el Voyager el viaje demoraría decenas de miles de años.
Ya vimos que existe tecnología plausible para alcanzar una importante
fracción de la velocidad de la luz. Sin embargo, sólo se puede concebir
que sean naves robotizadas automáticas, portadoras de embriones o
multigeneracionales las que podrían encargarse de ese tipo de viajes,
pues incluso para las estrellas más cercanas se tardarían decenas de
años. Si buscamos un planeta habitable el viaje más optimista
necesitaría cientos de años incluso a una fracción apreciable de la
velocidad de la luz.
La Física moderna ofrece una salida para los viajeros embarcados en un
viaje interestelar. Si la nave viaja a una velocidad muy próxima a la
velocidad de la luz (99,99%) entonces el tiempo para los viajeros se
contrae y lo que para los que se quedan en tierra supone cientos de
años para los astronautas sólo supone unos pocos años. Naturalmente los
viajeros a su vuelta (si vuelven) no encontrarían a familiares y
amigos, pues habrían muerto mucho tiempo antes. Habría que convencer
muy bien a los gobiernos para gastar dinero en una misión de este tipo
para la que nunca verían en vida los resultados. Es de suponer que los
tiempos de construcción de catedrales góticas ya han pasado.
Lo que tampoco está claro es si tenemos una fuente de energía que nos
provea de los julios necesarios para alcanzar tamaña velocidad. Incluso
para una nave pequeña alguien calculó que serían necesarias millones de
toneladas de antimateria para poder alcanzar una velocidad a la que la
contracción relativista del tiempo fuese perceptible.

Si se le pregunta a un bosquimano sobre cómo mandar un mensaje a mayor
distancia responderá que haciendo el tamtan con un tambor más grande.
En ningún momento responderá que con ondas de radio, con Internet o con
un satélite artificial.
Cuando en los tiempos de los hermanos Wright e inmediatamente
posteriores querían alcanzar mayor velocidad con los aviones de la
época mejoraban los motores o usaban hélices más eficientes pero no
saltaban directamente a la propulsión a chorro. Quizás ahora estamos
extrapolando las técnicas que conocemos para el vuelo espacial para un
problema, el vuelo interestelar, que requiere de una ciencia distinta y
más avanzada a la que poseemos en la actualidad.
Fijemos algunos conceptos para saber el suelo que pisamos. Podemos
decir que primero está la conjetura, después viene la especulación, más
tarde la ciencia, luego la tecnología y finalmente la aplicación. El
camino es por tanto muy largo.
En este artículo vamos a tratar de las especulaciones que disponemos
para imaginar cómo podría ser un viaje interestelar para los seres
humanos si es que finalmente éste es posible. Por tanto que el lector
no entienda ésto como una tecnología realista, pues seguramente estas
tecnologías especulativas estén más lejos de la realidad futura que el
cañon de Julio Verne estaba del Apolo XI.

El
único proceso que conocemos por el momento de imprimir velocidad a un
cuerpo es la acción y reacción. Un cohete, sea este químico o un
hipotético nuclear de antimateria o de cualquier otro tipo, expele
gases o partículas a gran velocidad por un extremo y así la nave se
mueve en dirección contraria. Es la tercera ley de Newton. Al final el
momento lineal (el producto de la masa por la velocidad) total se tiene
que conservar. Esto es válido incluso para una vela láser o vela solar.
La conservación de momento la sufrimos en forma de inercia cada vez que
dentro de un automóvil frenamos de golpe o aceleramos súbitamente. Es
muy difícil renunciar a un concepto como este.
Otro problema es que, según la relatividad especial, la velocidad de la
luz representa un límite que no se puede sobrepasar. Quizás este
concepto sea incómodo, pero cada día se comprueba en los aceleradores
de partículas y no hay ni una sola prueba que nos diga que puede ser
violado. Naturalmente puede haber una física desconocida que lo
permita, pero de momento no hay ni conjeturas al respecto (salvo en las
novelas de ciencia ficción).
Por lo visto, y de momento, lo tenemos bastante mal a la hora de
diseñar una nave que nos lleve a las estrellas. Pero no todo está
perdido.
La velocidad es el espacio recorrido dividido por el tiempo empleado en
recorrerlo. Si de alguna forma acortamos ese espacio el problema se
solucionaría.
Según la relatividad general el espacio es deformable como una lámina
de goma. Los cuerpos con masa lo deforman y esa curvatura es lo que
percibimos como gravedad.
A partir de ahora para poder imaginar y visualizar este concepto vamos
a suprimir una dimensión espacial. El espacio entonces será plano.
Los cuerpos muy masivos como los agujeros negros curvan el espacio de
tal modo que el espacio adopta la forma de un embudo infinitamente
afilado. Cualquier cosa que haya sobrevivido a las fuerzas de marea y
la radiación que entre en uno de ellos es destruida en la singularidad
central. No son, por consiguiente, buenos caminos para visitar otros
lugares.

Agujeros de gusano

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El agujero de gusano proporciona un atajo a través del universo.

Sin
embargo, hace unos años los físicos se dieron cuenta que había
soluciones a las ecuaciones de Einstein que permitían la creación de un
agujero de gusano. Un túnel a través del espacio que podría conectar
dos partes alejadas del Universo a través un atajo. Las soluciones son
reales y la Física sobre las que se asientan es muy firme. Pero, más
tarde descubrieron que la entrada de cualquier forma de masa ordinaria
o energía a través de la boca del agujero de gusano hace que éste se
colapse impidiendo el viaje. Como soluciones se han aportado dos
conceptos especulativos. Una consistiría en recubrir las paredes del
túnel de una materia exótica desconocida (solución empleada en la
novela Contact de Carl Sagan). La otra sería rellenarlo de
una hipotética energía negativa. La Física clásica dice que la energía
negativa no existe y la teoría cuántica dice que “bueno, quizás sí”.
Si hacemos el acto de fe de creer en la energía negativa podríamos
crear un agujero de gusano usando diversas recetas que empiezan así:
“disponga de una masa de proporciones estelares y cree un anillo del
tamaño del sistema solar y grosor planetario, entonces…” , “vayamos a
la escala de Plack y engordemos un agujero de gusano virtual hasta un
tamaño gigantesco, entonces…”
Como vemos están más allá de cualquier tecnología práctica, por desgracia. Así que los viajes tipo “Stargate” son dificiles.

Solución de Alcubierre

Miguel
Alcubierre descubrió hace unos años unas soluciones a las ecuaciones de
Einstein muy interesantes que harían las delicias de los seguidores de Star Trek.
El límite de la velocidad de la luz se elimina en este caso si es una
sección del espacio la que se mueve. Los objetos dentro de esa sección
de espacio están limitados por la velocidad de la luz, pero la sección
de espacio es si no lo está. Sería cómo las aceras mecánicas de los
aeropuertos. Encima podemos andar a una velocidad normal y llegamos
antes a nuestro destino que si no la usaramos. O incluso podemos no
movernos en absoluto sobre ella y llegar igualmente.

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Esquema de warp drive. Foto: Wikipedia.

En
la solución de Alcubierre esta sección de espacio es creada por la
expansión de espacio detrás de la nave y la contracción del mismo por
delante. Parece muy exótico, pero en las teorías cosmológicas que
usamos hoy en día, como la inflacionaria, el espacio se expande a
velocidades superlumínicas. Y según los últimos datos sobre la energía
oscura, el Universo en su totalidad tarde o temprano también se
expandirá a una velocidad superlumínica.
Lo malo es que para poder tener un “warp drive” de éstos necesitamos
rodear la nave con un anillo de energía negativa. Además necesitaríamos
de un sistema de apagado y encendido del sistema que todavía no sabemos
imaginar.
Tanto este sistema como el anterior producen paradojas causales
(incluyendo maquinas del tiempo) que de momento no sabemos muy bien
cómo resolver. Normalmente si un ente intelectual produce paradojas es
que las premisas de las que parte son falsas.

Masa negativa

En
los años cincuenta se introdujo (Bondi) un concepto que consistía en
asumir (hacer un acto de fe) que de algún modo nos podemos proveer de
masa negativa (no confundir con antimateria). La idea es eliminar el
problema de la conservación del momento lineal, pues se supone que la
masa negativa tendría también inercia negativa. Es posible imaginar
entonces un sistema que se autopropulsaría mediante el uso alternativo
de masa ordinaria y negativa de tal modo que las dos viajen en la misma
dirección. Aunque este concepto se revisó en los ochenta (Winterberg y
Forward) no tenemos ni la más mínima pista o evidencia tanto teórica
como experimental que nos sugiera que la masa negativa existe. Al menos
de momento no se vende en las gasolineras. “Me pone -20 Kg de masa, por
favor”, podríamos decir.

Energía de punto cero

Según
la mecánica cuántica si eliminamos toda la materia y toda la radiación
del espacio nos queda un vacío que todavía contiene energía. Ésta sería
la llamada energía de punto cero y estaría originada por las
fluctuaciones de partículas virtuales. Este es un resultado correcto
según la mecánica cuántica que ha sido corroborado incluso
experimentalmente. Lo que no está tan claro es la cantidad de energía
de punto cero que hay y si se puede extraer, cómo y en cuánta cantidad.
El efecto Casimir es un experimento que podemos hacer para probar que
dicha energía existe. Dos placas paralelas de metal colocadas en el
vacío confinan a una región del espacio, y ésta contiene una radiación
cuántica virtual que es diferente a la del resto del Universo. Como
resultado aparece una fuerza que hace que las placas tiendan a
juntarse. Lo interesante es que esto se ha podido observar y medir a
pesar de su debilidad. El sistema es capaz de extraer energía de la
nada, energía utilizada para la confección y disposición de las placas
aparte, claro.

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Las ondas excluidas crean una presión neta hacia el interior que tiende a juntar las placas. Foto: NASA.

Como,
según ciertos cálculos, la energía de punto cero es enorme se podría
pensar que de algún modo esa energía se pueda extraer en lo que sería
una fuente inagotable, tanto para uso terrestre como espacial. Pero de
momento no se tiene ni idea de cómo hacer éso, o de saber siquiera si
éso es posible. Al fin y al cabo, la energía de punto cero no es más
que el “cero” a partir del cual contamos. Al no haber un cero
“absoluto” su extracción se complica.
Aun así, algunos teóricos (Haisch, Rueda y Puthoff) han especulado con
la posibilidad de usar la energía de punto cero como sistema de
“propulsión”. Según ellos las fluctuaciones del vacío podría tener un
efecto en la inercia o la gravedad, pero todavía estos resultados están
bajo debate teórico.
Un sistema sencillo para aprovechar estas fluctuaciones del vacío sería
un dispositivo tipo Millis. Si pensamos en un análogo del efecto
Casimir podemos imaginar un material hipotético que frente a las
fluctuaciones del vacío se comporte asimétricamente. Así, una lámina o
vela gigante con lados asimétricos que presente frente a dichas
fluctuaciones un comportamiento distinto según la cara, estaría
sometida a una presión generada por las fluctuaciones en un lado
distinta a la del otro. Como resultado aparecería en el sistema una
fuerza neta en una dirección. Las fluctuaciones verían a este
dispositivo como un “diodo”. Desconocemos si existe este tipo de
materiales o si su existencia es posible, pero si se pudiese fabricar
permitirían alcanzar una velocidad relativista en un periodo
determinado de tiempo, aunque no velocidades superlumínicas.

Dispositivos de Millis

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Impresión artística de una nave diamétrica. Foto: Orion´s arm.

Lo
ideal a la hora de concebir una sistema interestelar de transporte
sería prescindir de todo combustible (así no pesa) y de toda fuente de
energía (así no hacemos gasto de energía y sale económico). Los
dispositivos que se basan en la asimetría frente cualquier tipo de
radiación o campo para obtener propulsión cumplen dichas propiedades.
Vamos a llamarlos dispositivos de Millis
( Millis, “Challenge to Create the Space Drive,” in the AIAA Journal of
Propulsion and Power, Vol.13, No.5, pp. 577-582, Sept.-Oct. 1997.)
.
A
continuación vamos a ver cada uno de ellos. Naturalmente todos son
muy especulativos y asumen postulados arriesgados. La vela diodo que
acabamos de ver sería el primer caso, los demás son los siguientes:

Vela
diferencial:
una vela gigante que presente asimetría frente la
radiación ordinaria. Por un lado debe de ser trasparente a la misma y
por el otro opaca o reflectora. Así se podría aprovechar de la luz
estelar que venga de cualquier dirección o incluso de la radiación
cósmica de microondas. Sería como una vela láser a la que no hace falta
iluminar artificialmente. Con el tiempo adquiriría velocidades
relativistas. Pero no sabemos de ningún material (que además debe de
ser muy ligero) que tenga semejantes características.

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Concepción artística de una nave movida por dispositivo de pendiente. Foto: Orion´s arm.

Vela
de inducción:
análogo a crear un gradiente de presión en un fluido. La
densidad de energía de la radiación del espacio es aumentada detrás de
la vela y disminuida por delante para así crear una presión de
radiación neta.

Dispositivo diamétrico: este se basa en la
posibilidad de crear un gradiente local en la propiedad escalar de
fondo del espacio (como un potencial gravitatorio) por la yuxtaposición
de campos fuente diametralmente opuestos al vehículo. Es análogo a la
propulsión por masa negativa. El dispositivo diamétrico puede
considerarse también un análogo a la creación de una presión
fuente-sumidero en el medio espacial como sugiere la vela de inducción.

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Se crea una pendiente y la nave se mueve como si fuera un surfista.

Dispositivo
de pendiente:
En este caso se supone que de algún modo somos capaces de
inducir una pendiente local en un potencial escalar a lo largo del
vehículo. En este caso se supone, en contraste con el dispositivo
diamétrico, que se consigue esta meta sin la intervención del par
fuente sumidero. Obviamente se desconoce cómo crear este efecto. Como
metáfora podríamos pensar en una tabla de surf deslizándose gracias a
una ola. La tabla es la nave espacial y la ola el campo en cuestión.


Alteración
de la Física:
en este caso se asume que el vehículo es capaz de cambiar
las propiedades del espacio en sí mismo, como por ejemplo cambiar el
valor de la constante de gravitación universal G, para crear así un
gradiente de propulsión local. De este modo se crearía un efecto
parecido al dispositivo de pendiente. Este sistema es muy especulativo
pues no podemos ni imaginar cómo cambiar los valores de las constantes
universales y si eso es posible o concebible.

Dispositivo
disyuntor:
en este caso se consideraría la posibilidad de que la fuente
de un campo y lo que reacciona a él (reactante) puedan ser separados.
Mediante el desplazamiento en el espacio el reactante es movido a un
punto en el que el campo tiene una pendiente que produce fuerzas de
reacción entre la fuente y el reactante. No hay nada que nos diga de
momento que esto sea posible pues fuente, reactante y masa inercial son
inseparables según todas las evidencias.

Podemos imaginar
muchos más sistemas, pero eso no significa que sean posibles. Puede que
la realidad sea muy dura y el viaje interestelar sea imposible. Quizás
sea ésa la razón por la que otras civilizaciones extraterrestres
avanzadas no nos visitan. Si es así entonces todos estamos confinados
para siempre en esta nave espacial llamada Tierra. Más vale que la
cuidemos.